轮转凹印中的卷筒纸张力(一)

　卷筒纸在通过印刷机时状态是否稳定对印刷生产率具有很大的影响。随着印刷机宽度以及生产速度不断增加，卷筒纸走纸性能（runnability）的控制也变得更加重要，这其中的一个关键参数就是卷筒纸张力的大小。张力大小不均会使卷筒纸松驰，出现皱纹，甚至发生断纸现象，对作业过程产生不利影响。Metso公司研制出一种IQTension联机测量系统，能够有效地对卷筒纸张力状态进行监测。该系统已在多次造纸生产过程中不断得到检验与改进。VTT信息技术中心一直在研制一种可以改进卷筒纸走纸性能的新型数据管理与模型化技术，而且已完成数个研究项目，充分说明卷筒纸平衡的强力状态具有非常重要的意义。本文将介绍上述测量系统并证明卷筒纸张力特性对印刷作业具有一定的影响。
　　前言
芬兰VTT技术研究中心拥有员工约3000人，其技术专长几乎覆盖每一个工程技术领域。VTT同工业企业进行密切合作，承担各种科研项目。本文中介绍的科研成果即来自一项为期3年的“纸张流变性能”研究项目。这个研究项目的合作者包括Metso纸业公司，另外3家造纸商及2家印刷商。
近年来业内对印刷机性能及效率的要求有了很大提高。凹印机的卷筒纸宽度不断增加，因此有必要对卷筒纸特性及改进需求进行深入研究。VTT研究中心提供的模型化软件，测量技术以及相关服务使造纸商和印刷商能够进一步有效地提高作业水平。一般而言，凡是在造纸厂里已呈现出良好品质的纸卷也会在印刷厂里同样呈现出良好的品质。所以印刷商可以通过选择纸卷来获得最佳印刷质量；同时也能使印刷过程变得更加稳定，在许多环节都可以节省成本。在造纸和印刷阶段利用VTT技术进行有关测量能够进一步提高两个阶段之间的相关分析速度及分析效率，提高控制精度，最大限度地降低印刷产品的不稳定性。
在印刷生产中不出现作业问题是每个印刷商追求的目标，但实际上差得很远，印刷机上出现的一些常见问题包括卷筒纸断纸，套准误差，卷筒纸不稳定以及出现皱折等现象，影响印刷机作业效率，降低产品质量，给印刷商造成巨大的经济损失。随着印刷机速度以及卷筒纸宽度不断增加，对纸卷的控制精度变得更加重要。
所以印刷商和造纸商必须深入了解卷筒纸的动态特性，这样才能获得更高的生产率。
　　在过去几十年间，造纸商，印刷商与科研人员进行过多次卷筒纸作业性能研究。他们的研究重点一般都是卷筒纸断纸问题。再者，卷筒纸断纸研究主要以卷纸强度为研究课题。多次研究的执行者都是造纸商; 也有一些研究项目的执行者是印刷商。这其中的一个原因是由于统计数据收集方面的缘故，研究卷筒纸印刷机上的断纸问题难度很大。只有在印刷机上对上千个纸卷进行研究之后才能获得有意义的统计数据。
我们此项研究的主要目的是通过控制卷筒纸的横向张力特性来提高卷筒纸的印刷使用性能。具体研究是在造纸厂和印刷厂开展的; 在印刷机上对卷筒纸张力及其它参数进行了联机测量。本文主要研究轮转凹印机上的卷筒纸张力变化及其相关作业影响。
　　测量方法
　　在造纸厂以及印刷厂那里卷筒纸张力几乎仅仅被看成是由辊上纸卷而引起的负荷量。这种测量方法并非没有问题，因为测量仪易受温度及振动的影响，致使测量结果发生误差。再者，横向卷筒纸张力也不能以上述方法测量。出于提高卷筒纸控制效果的需要，人们又不得不寻找新的测量方法。
Metro公司研制成可以测量横向张力曲线的IQTension张力测量系统。其基本原理是测量介于曲面和卷筒纸之间的气垫（膜）压力。带有曲面的横梁使卷筒纸走纸方向发生曲转。当卷筒纸走纸速度非常快时，横梁曲面和卷筒纸之间便会形成气垫，易使卷筒纸接触不到横梁。卷筒纸边缘却被引入气垫，接触到横梁表面。气压大小同卷筒纸张力彼此相关。
IQTension张力测量系统包括一个测量杆，一个测试柜，一个数据采集仪器。卷筒纸以10—30度的角度卷绕在测试杆上方或下方。气垫气压通过横梁表面小孔利用压力传感器进行测量。为使测量结果不受影响，传感器孔要定期清污。在断纸或停机时，使气流自动吹过小孔即可达到清污的目的。压力传感器的调节也是自动完成的。自1996年IQTension张力测量系统首次销售以来，至今已售出30台套。
　　测量结果：
　　印刷车间测得的张力曲线形状
造纸机研究表明，卷筒纸张力曲线呈凸形（中间高，两边低），所以卷筒纸边缘比中间部分松驰。这主要因干燥过程中施加在卷筒纸上的应力所致。凸形张力曲线使客户的纸卷不尽相同，而且也会影响印刷走纸性能。
在3家造纸厂也研究了超级压光处理所带来的影响。结果发现超级压光处理对张力曲线会产生很大的影响。在造纸机上测得的张力曲线大大不同于卷纸装置和印刷机上测得的张力曲线。另外即使在同样的生产线上不同的超级压光纸也会具有不同的张力曲线。
超级压光纸的可控程度非常有限。测试时对压区负荷量（nip load）以及蒸汽喷射量进行了控制。这两种控制方法都可以用来拉平张力曲线。